食品廠房的防爆設(shè)計

◎ 袁 亮，嚴福紅，付 曜，周開翔

（中國輕工業(yè)武漢設(shè)計工程有限責任公司，湖北 武漢 430060）

近年來，我國食品產(chǎn)業(yè)進入不斷創(chuàng)新和發(fā)展新階段，市場規(guī)模呈幾何級的速度增長，與此同時，我國食品廠房的建設(shè)也逐漸走向?qū)I(yè)化、標準化和規(guī)范化的發(fā)展軌道。過去的食品廠房沒有復雜的功能組合，也沒有較高的形象要求，且火災(zāi)危險性較低，多為丙類或丁、戊類，耐火等級不低于二級。隨著食品加工技術(shù)和規(guī)模的發(fā)展，專業(yè)化的綜合食品加工廠越來越多，因其工藝流程的需求，在某些工藝環(huán)節(jié)中可能涉及一些易燃易爆的物料，相應(yīng)區(qū)域的設(shè)計要求比普通廠房更為嚴格。如糧食生產(chǎn)的粉碎間、使用有機溶劑的植物浸提車間、粉劑食品的混合或干燥車間，輔助料的危險品存放庫及高度白酒生產(chǎn)車間等，其中一些房間甚至還有潔凈要求。這些車間如果處理不當，很容易發(fā)生危險，引起爆炸。因此，食品廠房的設(shè)計除滿足生產(chǎn)工藝要求外，還應(yīng)考慮防爆問題，采取有效合理的抗爆與泄爆設(shè)計，防止爆炸和燃燒事故。若一旦發(fā)生爆炸事故，盡可能將生命財產(chǎn)的損失減小到最底程度。本文結(jié)合相關(guān)規(guī)范和實際工作經(jīng)驗，對易燃易爆的食品廠房進行探討，以供讀者參考。

1 爆炸的原因和性質(zhì)

按照產(chǎn)生的原因和性質(zhì)，爆炸可分為3類。第一類為物理爆炸，這是一種物理過程。在爆炸中，介質(zhì)只發(fā)生物態(tài)變化，不發(fā)生化學反應(yīng)。這類爆炸一般是由于容器內(nèi)氣體壓力升高超過容器所能承受的范圍，致使容器破壞所形成的。如鍋爐爆炸，高壓氣瓶及其他壓力容器、輪胎爆炸等。第二類為化學爆炸，物質(zhì)發(fā)生高速放熱化學反應(yīng)，導致爆炸，主要化學反應(yīng)有兩類：一類是乙烯、環(huán)氧乙烷等分解性氣體或某些炸藥等的分解爆炸；另一類為可燃物與氧化劑急劇的氧化反應(yīng)，如炸藥爆炸、可燃氣或粉塵與空氣形成的混合物爆炸等。第三類為原子爆炸，即核爆炸。某些物質(zhì)的原子核發(fā)生裂變反應(yīng)，瞬間放出巨大能量而形成的爆炸。食品廠房主要防范的是化學爆炸，也是本文討論的重點。

2 食品廠房防爆設(shè)計的特點

食品廠房由于其功能的多樣性，一般采用輕鋼排架結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式，其火災(zāi)危險性多為丙類或丁、戊類，耐火等級不低于二級。其中儲存有爆炸危險物品的倉庫一般為甲類，每個防火分區(qū)面積不大于250 m2，每座倉庫的最大允許占地面積為250 m2。有爆炸危險區(qū)域的火災(zāi)危險性一般為甲類或乙類，而其所在的生產(chǎn)廠房一般為危險性較小的丙類、丁或戊類，設(shè)計時一般嚴格控制有爆炸危險區(qū)域，即火災(zāi)危險性較大的生產(chǎn)部分占本層或本防火分區(qū)建筑面積的比例小于5%[1]，略有差異時，設(shè)計中可采用適當增大危險性較小區(qū)域建筑面積的做法，使整個廠房符合規(guī)定按危險性較小的部分確定，否則需要整體按高標準設(shè)防。

若整個廠房的火災(zāi)危險性整體按高標準設(shè)防，則各專業(yè)的設(shè)計都需有特殊要求，同時危險性較低區(qū)域的設(shè)計要求也要同時按高標準設(shè)計。如建筑專業(yè)的防火分區(qū)面積、疏散距離將會受嚴格限制，同時要有防爆、泄爆的措施；電氣專業(yè)防爆電器的選用及維護、線路敷設(shè)及控制方式、弱電通訊系統(tǒng)的防爆、可燃氣體的探測要求；通風專業(yè)的防爆通風、事故通風設(shè)計，尤其是潔凈區(qū)內(nèi)其空調(diào)系統(tǒng)要用直流風（不能回風）、送、排風設(shè)備的防爆等。如果按此標準設(shè)計廠房，將增加大量的投資和運行費用，且不符合實際現(xiàn)實，從科學的角度評價也是不合理的。因局部原因，大量區(qū)域（可能達90%的設(shè)施設(shè)備）提高標準，同時有些生產(chǎn)設(shè)備也難有防爆型的，不符合生產(chǎn)的實際情況，也不符合業(yè)主的經(jīng)濟利益。因此這類工程的設(shè)計，必須從方案構(gòu)思階段，尋求科學的或局部的防控手段。

當有爆炸危險區(qū)域占本層或本防火分區(qū)建筑面積的比例不能控制到5%以內(nèi)時，需改變設(shè)計理念乃至生產(chǎn)的操作方式，建議將甲類或乙類區(qū)域集中，同時減少車間內(nèi)危險性較低區(qū)域的面積，設(shè)計為單層的全甲類或乙類的生產(chǎn)廠房。使在建工程既滿足生產(chǎn)安全和經(jīng)濟性需求，也符合規(guī)范標準規(guī)定的要求。

3 平面布局

3.1 總平面布局

食品工廠中對于有爆炸危險的甲、乙類廠房或倉庫，如全甲類的提取車間、廠區(qū)內(nèi)的危險品庫，應(yīng)考慮整體泄爆獨立設(shè)置。還有一些有爆炸危險的廠房，如白酒陳釀庫、危險品罐區(qū)，可采用敞開或半敞開式建筑，通過良好的自然通風，使可燃氣體、蒸氣、粉塵等快速稀釋擴散，不易形成爆炸混合物，有效地排除形成爆炸的條件。且生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生爆炸時，敞開或半敞開式建筑可很快釋放大量氣體和熱量，盡可能降低危害程度。

有爆炸危險的廠房應(yīng)盡可能集中布置并遠離廠區(qū)內(nèi)主要道路，與廠區(qū)內(nèi)外其他建筑物留有足夠的消防間距。根據(jù)項目所在地的全年主導風向，此類有爆炸危險的廠房或倉庫宜布置在整個廠區(qū)全年最小頻率風向的上風側(cè)，避免或減少對周圍其他設(shè)施的影響和污染[2]。

3.2 單體平面布局

有爆炸危險的生產(chǎn)房間，在生產(chǎn)工藝允許的條件下，宜布置在單層廠房內(nèi)靠外墻部位。若布置在多層廠房中，應(yīng)盡量靠外墻或頂層布置，利用輕質(zhì)外墻或輕質(zhì)屋面泄爆。根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（以下簡稱《建規(guī)》）甲乙類廠房不能設(shè)在地下或半地下。

生產(chǎn)或儲存有不同性質(zhì)且相互接觸會引起化學反應(yīng)引起爆炸的物質(zhì)（如乙炔與氧氣）時，必須分開布置，并以防爆墻分隔。

有爆炸危險的生產(chǎn)房間布置在廠房局部時，應(yīng)采用防爆墻與其他房間分隔，可采取靠邊布置外墻開門或利用外廊或陽臺進行車間內(nèi)的工作聯(lián)系；若因生產(chǎn)工藝需求，須在內(nèi)部進行工作聯(lián)系時，不同防爆區(qū)間需采用防爆門；防爆區(qū)與非防爆區(qū)間需設(shè)置門斗作為防爆緩沖，《建規(guī)》第3.6.10條中要求，門斗的隔墻應(yīng)為耐火極限不應(yīng)低于2.00 h的防火隔墻，門應(yīng)采用甲級防火門并應(yīng)錯位設(shè)計?？紤]到爆炸所產(chǎn)生的沖擊波危害及《石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范》《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》等規(guī)范相應(yīng)條文的要求，建議門斗亦采用防爆墻，同時考慮到消防疏散，門斗上的防火門朝疏散方向開啟。

辦公室、休息室等不應(yīng)設(shè)置在甲、乙類廠房內(nèi)，確需要貼鄰本廠房時，其耐火等級不應(yīng)低于二級，并應(yīng)采用耐火極限不低于3.00 h的防爆墻與廠房分隔，且應(yīng)設(shè)置獨立的安全出口。

4 防爆、泄爆措施

4.1 防爆措施

食品廠房由于其平面功能的復雜性和多樣性，其主體結(jié)構(gòu)形式一般采用輕鋼排架結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式和非燃燒體的輕質(zhì)墻填充的圍護結(jié)構(gòu)。為降低爆炸事故波及范圍，減輕爆炸事故所造成的損失，圍護結(jié)構(gòu)盡量充當泄壓段，框架結(jié)構(gòu)用做防爆段降低爆炸造成的危害，不致影響整個廠房的安全。在有爆炸危險的區(qū)域，應(yīng)相應(yīng)設(shè)置防爆墻、防爆門、防爆窗和抗爆吊頂?shù)取?/p>

防爆墻必須具有抵御爆炸沖擊波的作用，同時具有一定的耐火性能。防爆墻的構(gòu)造設(shè)計，按照材料可分為防爆磚墻、防爆鋼筋混凝土墻、防爆單層和雙層鋼板墻、防爆雙層鋼板中間填混凝墻等。防爆墻上不得設(shè)置通風孔，不宜開門窗洞口，必須開設(shè)時，應(yīng)為防爆門窗。

4.2 泄爆措施

有爆炸危險的甲、乙類區(qū)域應(yīng)設(shè)置相應(yīng)泄壓設(shè)施。食品防爆廠房的泄壓設(shè)施主要靠輕質(zhì)屋蓋、輕質(zhì)外墻和泄壓門窗等實現(xiàn)。這些泄壓構(gòu)件對于建筑物整體而言是人為設(shè)置的薄弱部位。當發(fā)生爆炸時，它們最先遭到破壞或開啟，向外釋放大量的氣體和熱量，使室內(nèi)爆炸產(chǎn)生的壓力迅速下降，從而達到主要承重結(jié)構(gòu)不破壞、廠房不倒塌的目的?！督ㄒ?guī)》中對泄壓構(gòu)件的要求詳見3.6.3條，泄壓面積計算詳見3.6.4條，其中危險物質(zhì)為乙醇時，泄壓比C值不應(yīng)小于0.110 m2/m3；爆炸危險物質(zhì)為氨或K塵＜10 MPa·m/s的糧食粉塵時，泄壓比C值不應(yīng)小于0.030 m2/m3。

4.3 防爆、泄爆構(gòu)造做法

2013年，國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了由中國建筑標準設(shè)計研究院編制的圖集《抗爆、泄爆門窗及屋蓋、墻體建筑構(gòu)造》（14J938），并于2014年9月1日正式實施。該圖集內(nèi)詳細介紹了抗爆、泄爆門窗，抗爆、泄爆墻，泄爆屋蓋，抗爆吊頂、樓地面及抗爆屋的構(gòu)造做法。圖集為廣大設(shè)計人員提供便利的同時，也提供了一定的設(shè)計依據(jù)。

相較于石油化工行業(yè)，一般食品廠房的爆炸危險性相對較低，在滿足符合泄爆面積要求的前提下，墻體的抗爆措施還可采用磚墻配筋的方式，具體做法可采用砌至結(jié)構(gòu)梁板底的240非黏土實心磚（強度≥MU10）砌筑，墻體兩側(cè)配Φ6 @200（雙向）鋼筋，并設(shè)Φ6拉結(jié)筋@600梅花狀布置與墻體固定，抹30厚1∶2.5水泥砂漿。

5 其他安全措施

食品廠房中設(shè)計除遵照現(xiàn)行的國家規(guī)范、法規(guī)及有關(guān)規(guī)定外，同時也要采用合理的工藝和安全操作。需通過技術(shù)和管理手段消除或減少易燃物質(zhì)的產(chǎn)生及積聚，防止爆炸事故的發(fā)生。

（1）有可能會引起爆炸的設(shè)備需采取防爆措施，如糧食粉碎機、斗提輸送機、噴霧干燥塔等，根據(jù)實際情況整機或可能引起爆炸的部件應(yīng)自帶泄爆口，選用防爆電機電氣，設(shè)備靜電接地，設(shè)備內(nèi)采用惰性氣體保護，采用合理的除塵方式等。

（2）輸送易燃易爆介質(zhì)的管道不應(yīng)穿越無關(guān)區(qū)域。同時應(yīng)注意管道的靜電防護，并應(yīng)按管道的材質(zhì)、輸送介質(zhì)及連接方式，設(shè)置合適、符合靜電防護規(guī)定要求的靜電跨接線及接地設(shè)施。

（3）散發(fā)較空氣輕的可燃氣體（如天然氣）、可燃蒸汽的房間，為避免生產(chǎn)過程中可燃氣體的積聚，廠房頂棚應(yīng)盡量平整、避免死角，房間上部空間應(yīng)通風良好。散發(fā)較空氣重的可燃氣體、可燃蒸汽的房間，應(yīng)采用不發(fā)火地面，且廠房或房間內(nèi)表面應(yīng)平整、光滑、易于清掃。采用絕緣材料作整體面層時，應(yīng)采取防靜電措施。廠房內(nèi)不宜設(shè)置地溝，必須設(shè)置時，也只能設(shè)置淺弧溝，下水道設(shè)置水封。

（4）在防爆區(qū)域的安全措施中，必須考慮設(shè)置爆炸危險氣體或粉塵的濃度探頭，及時發(fā)現(xiàn)事故隱患，同時廠房內(nèi)的防爆通風聯(lián)鎖啟動能將爆炸性氣體或粉塵迅速驅(qū)散。

6 結(jié)語

食品廠房中的爆炸危險是在瞬間發(fā)生的，人在爆炸的瞬間來不及采取任何措施，因此食品廠房的安全防爆措施應(yīng)貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的方針。從食品工程建設(shè)的設(shè)計策劃階段，結(jié)合物料特性、生產(chǎn)工藝、操作方式、設(shè)備特點及防爆、泄爆構(gòu)造做法，有針對性地進行食品廠房和設(shè)施的防爆設(shè)計，才能有效地從硬件配置上避免安全設(shè)防的先天缺陷，從而真正地做到預(yù)防為主，確實保證工廠的安全生產(chǎn)。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. GB 50073-2013潔凈廠房設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2013.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. GB 50187-2012 工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2012.